涂布型抗静电薄膜在林区作业环境的应用研究

梁馨元 刘兵

摘 要：聚丙烯（PP）薄膜具有优良的热收缩性、电绝缘性与抗挠曲性，为使其具备抗静电性能，常用的处理方法有导电材料填充、表面改性、复合和涂布等。在林区作业环境条件下，有时会需要塑料膜具有短暂抗静电性能，针对此要求，本论文将抗静电剂喷涂于聚丙烯薄膜表面，测试不同涂布浓度、厚度抗静电剂后聚丙烯薄膜的表面电阻率和摩擦系数，确定50%和150 μm是涂布的最佳浓度、厚度，得出现场涂布抗静电剂的确可以在短期内提供塑料膜抗静电性能，是一种经济快速的方法，能很好满足林区作业环境的要求。

关键词：聚丙烯薄膜;COLCOAT515抗静电剂;摩擦系数;表面电阻率

中图分类号：TS529.5 文献标识码：A文章编号：1006-8023（2019）01-0064-05

Abstract： Polypropylene（PP） films has excellent thermal shrinkage， electrical insulation and flexural resistance. In order to make it have antistatic performance， polypropylene can be treated by means of filling conducting materials， surface modification， lamination and coating. Transient antistatic performance of plastic films is often requested under forest operation conditions. For this requirement， in this paper an antistatic agent was sprayed on the surface of polypropylene film， friction coefficient and surface resistivity of PP films was determined under different coating concentration and thickness. The results showed that 50% and 150μm were the best concentration and the optimum thickness. And the paper had drawn the conclusion that spraying antistatic agent on the films surface was a rapid and economical technique provide transient antistatic performance， which could satisfied the need of forest operation conditions.

Keywords： Polypropylene films; COLCOAT515 antistatic agents; friction coefficient; surface resistivity

0 引言

靜电在生活中无处不在。它是一种处于静止状态的电荷，在干燥的冬天，衣物摩擦会产生静电，人们常常会听见噼啪的声响，并伴有光亮。静电在静电复印、静电除尘中应用广泛，但更需引起重视的是静电的危害。对于一些电子器件和对静电敏感的元件，静电不仅会造成其使用寿命的缩短，严重时因储存不当或环境因素造成的静电过载甚至会引发爆炸等重大事故，危害巨大，近年来关于静电事故的报道很多，因此，防静电是必须重视的问题。而防静电包装可以在产品出场后的储存、运输等过程中，保护产品免受环境以及其他静电的影响，是不可或缺的防静电方法。

防静电包装是主要用于静电敏感产品的包装，例如电子（元）器件、电器产品、光电产品、光机电一体化产品以及导弹、弹药、火炸药等产品的包装。它的使用可以避免因摩擦或电磁感应产生的静电积累而引起的产品失效或部分元件损 坏[1-6]。此外，在装潢效果方面，防静电包装还可以保证印刷品图文的清晰，使包装件看起来更有档次。防静电包装甚至可以在印刷过程中降低由于静电和粉尘作用引起的火灾的可能性，保证财产与人身安全。

获得抗静电材料有多种方法，现归纳主要有两种：①外用抗静电剂法，主要用外部喷洒、浸渍、涂敷抗静电剂以及通过对材料表面改性增强与抗静电剂结合性能;②内用抗静电剂法，主要是将抗静电剂掺和到材料中，或将高分子材料与导电材料混用，使之成为具有抗静电性的材料[7-15]。内用抗静电剂法是采用改变包装材料性质的方法，使得包装具有抗静电性，与外用涂层法相比成本较高且便利性不足。

林区作业工序时间长地形复杂，气候环境条件变化较多，季节性特征也较明显。具有抗静电性能的薄膜可以有效的改善林区作业工具的使用性能，为一些林产品包装提供更有效的保护，同时也对森林防火起到极大的帮助作用。聚丙烯（PP）薄膜作为一种优良的热塑性合成树脂，因其透明度高、表面光泽好、冲击强度高，有很好的热收缩性、抗挠曲性，同时又是很好的电绝缘体[16-22]，广泛用于林区作业工具包装及一些林产品包装。

近年来，针对聚丙烯薄膜使用现场涂布的方法提供抗静电性、进而针对日常突发情况进行防静电保护使用的研究却尚未见报道。而现场喷涂抗静电剂的方法，对于使PP膜快速具备抗静电性，无异是非常经济有效的。本文采用测定现场涂布抗静电剂的PP膜的表面摩擦系数、表面电阻率和环境抵抗性来解决日常抗静电PP膜的制备及使用问题。

1 材料与方法

1.1 材料

聚丙烯薄膜（0.034 mm），抗静电剂，聚乙烯薄膜，印刷纸，瓦楞纸板，蒸馏水，乙醇，淀粉，壳聚糖，PA塑料薄膜、尼龙真空塑薄膜、牛皮纸、印刷纸、LDPE气泡膜、EPS发泡塑料，透明胶带。

1.2 实验设备

MXD-01摩擦系数仪、HWS型的恒温恒湿培养箱、表面电阻率测试仪、温湿度显示器、涂布器。

1.3 试样制备

对聚丙烯薄膜进行处理。用蒸馏水洗涤聚丙烯薄膜。再用10%的乙醇溶液浸泡聚丙烯薄膜、聚乙烯薄膜，浸泡时间为12 h，最后，对膜进行干燥处理。

配制试剂浓度分别为0%、10%、30%、50%、100%的抗静电剂薄膜。首先通过计算得到不同浓度的抗静电剂的含量。用量筒分别量取不同容积的抗静电剂、不同容积的蒸馏水，然后将其倒在烧杯或是锥形瓶中混和，用玻璃棒搅拌均匀。然后将配制好的溶液转移到容量瓶中保存。

当经乙醇浸泡后的聚丙烯膜、聚乙烯膜干燥后，可以对聚丙烯膜、聚乙烯薄膜涂布抗静电剂。在涂布时，必须保持膜的平整。涂布厚度分别为100、150、200 μm。

最后，将干燥的聚丙烯抗静电薄膜进行贴标，便于分辨和实验。将贴标后的聚丙烯薄膜放置与温湿度适中且变化不大的环境中保存。聚乙烯膜涂布抗静电剂的浓度仅为50%。

2 结果与分析

2.1 表面摩擦系数

温度为20 ℃，湿度分别为20%RH、35%RH、60%RH时，抗静电剂对普通印刷纸的摩擦系数。

在温湿度相同的条件下，同种厚度抗静电聚丙烯薄膜的表面静、动摩擦系数随着抗静电剂浓度的增大而增大;同种浓度抗静电聚丙烯薄膜的表面静、动摩擦系数受厚度的影响不大。当浓度较低时，影响较为明显;但当浓度较大时，几乎没有影响。在温度相同时，同种浓度厚度的抗静电聚丙烯薄膜的表面静、动摩擦系数随着湿度的增加减小。

环境温湿度条件相同时，在涂布抗静电剂厚度相同的情况下，随着抗静电剂浓度的增加，静、动相对摩擦系数总体呈现先增加后减小的趋势，且相对静摩擦系数的变化大于相对动摩擦系数。

温度为20 ℃，湿度分别为20%RH、35%RH、60%RH时，不同浓度的抗静电聚丙烯薄膜相对于瓦楞纸的摩擦系数的变化情况。

湿度为20%，涂布厚度相同的情况下，随着抗静电剂浓度的增加，动、静摩擦系数逐渐增加，浓度达到50%时出摩擦系数出现峰值，随即下降;湿度为35%、60%，涂布厚度相同的情况下，动、静摩擦系数均在一定范围内上下浮动。与涂布抗静电剂聚丙烯薄膜相对普通印刷纸对比而言，20%HR，35%HR时其实验数据浮动较稳定，60%HR时两者摩擦系数变动都不稳定。所以，若进行紧急抗静电处理时，当前空气湿度较大必须谨慎选择浓度与涂布厚度。

温度为20 ℃，湿度为20%RH、35%RH、60%RH时，不同浓度的抗静电聚丙烯薄膜相对于聚乙烯薄膜的摩擦系数的变化情况。

环境温湿度条件相同时，在涂布抗静电剂厚度相同的情况下，随着抗靜电剂浓度的增加，20%RH与60%RH时，动、静摩擦系数均先上升后下降，在一定范围内浮动，只有35%RH时，总体呈上升趋势。因此在对产品进行紧急抗静电包装时，若能得知当前空气湿度则可以根据本实验数据更好地进行针对性的操作

2.2 表面电阻率

2.2.1 不同浓度、厚度抗静电剂下的聚丙烯表面电阻率

在温度为20 ℃，湿度分别为20%RH、35%RH、60%RH的环境进行测试。在环境温度湿度相同，涂布抗静电剂厚度相同的情况下，当抗静电剂的浓度较低时，对表面电阻率没有影响。当浓度达到20%时，随着抗静电剂浓度的增大，表面电阻率变小，但最小只能降为108 Ω。

在环境温湿度相同，涂布抗静电剂浓度相同的情况下，增大涂布抗静电剂的厚度可以降低表面电阻率。当抗静电剂的浓度为50%，厚度为150 μm时，就能达到108 Ω，所以选择此种抗静电剂薄膜即可满足要求，并节省成本。

2.2.2 时间对抗静电薄膜表面电阻率的影响

含有50%浓度抗静电剂的聚丙烯抗静电薄膜具有很好的保持抗静电的能力。在10 d范围内，含150 μm和200 μm的抗静电剂的薄膜表面电阻率保持不变，含100 μm的抗静电剂的薄膜在第六天时表面电阻率增加，后又保持不变。

根据数据可以得出，厚度为150 μm和200 μm抗静电剂薄膜表面的防静电性能更好，同时考虑效率以及成本等因素，得出涂布厚度为150 μm抗静电剂的薄膜为最佳。

2.2.3 抗静电聚丙烯和聚乙烯表面电阻率比较

通过比较不同浓度抗静电剂的抗静电聚丙烯薄膜和抗静电聚乙烯薄膜的表面电阻率，来判断该种抗静电剂作用在聚丙烯薄膜上抗静电的效果。

在温湿度条件相同的情况下，相同浓度的聚丙烯抗静电薄膜的表面电阻率小于聚乙烯抗静电薄膜的表面电阻率或与之相同。

因此可以得出聚丙烯的抗静电性能相比于聚乙烯更好，可以在防静电方面有更为优秀的应用。

3 结论

（1）随着抗静电剂浓度增加，聚丙烯薄膜自身摩擦系数会增加，但相对其他材料的摩擦系数会先增加后减小。故抗静电剂的涂布厚度对薄膜的表面摩擦系数影响较小。

（2）随着抗静电剂浓度的增加，薄膜表面的电阻率会减小。另涂布抗静电剂的厚度对薄膜的表面电阻影响较小。

（3）在温湿度条件相同的情况下，涂布相同浓度抗静电剂的聚丙烯抗静电薄膜的表面电阻率小于聚乙烯抗静电薄膜的表面电阻率或与之相同，抗静电效果较好。

本实验通过对涂布抗静电剂的聚丙烯薄膜表面参数的测定与研究，获得了现场涂布使用抗静电剂的最佳浓度为50%，涂布厚度为150 μm。通过直接应用本实验数据可以快速制备抗静电聚丙烯薄膜，实现林区作业中的应急抗静电包装。

【参 考 文 献】

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